KR100286670B1 - 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고로의 현재 노열 레벨을 진단하고 향후 노열의 추이를 예측하며 이를 근거로 조업자의 적정 액션을 추론하여 가이드하는 전문가시스템을 이용한 현재 노열레벨 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해서 결정된 현재의 노열레벨과 전문가시스템의 지식베이스에 의해 추론된 노열추이를 이용하여 적정 노열을 유지하기 위한 조업자의 액션을 가이드하는 노열제어 전문가시스템에서 가장 중요한 현재 노열레벨 진단을 본 발명의 방법으로 실시함으로써, 노열제어 전문가시스템의 정도를 향상시킬 뿐만아니라, 종래 숙련 조업자의 경험에 의해 막연히 노열상태를 판단하던 것을 본 발명의 방법으로 정량적인 수치로 표현된 노열레벨을 조업자가 노열판단에 이용함으로써 조업자의 오판을 방지하고, 노열관리를 시스템에 의존하여 실시함으로써 고로의 현재 노열상태를 누구나 이해할 수 있는 항상 전문가 수준의 정확한 노열관리가 가능하고 동시에 조업관리의 표준화, 조업기술력 축적에 기여하는등 특별한 효과가 있다.

Description

전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치 및 그 방법

본 발명은 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고로의 현재 노열 레벨을 진단하고 향후 노열의 추이를 예측하며 이를 근거로 조업자의 적정 액션을 추론하여 가이드하는 전문가시스템을 이용한 현재노열레벨 진단장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로는 원료인 철광석과 연료인 코크스가 노정으로부터 노내로 장입하고 고온의 공기가 풍구로 유입되어 코크스를 연소시키며 이로부터 발생되는 환원가스에 의해 장입물을 가열, 환원 및 용해하는 거대한 반응용기로서, 선철과 슬래그가 출선구를 통해 배출되며 반응가스는 노정으로 회수된다. 이 고로의 안정조업관리를 위해서 가장 중요한 요소는 노열관리, 즉 노내 열밸런스 유지에 있다.

조업자는 적정 노열을 유지하기 위해 제1도와 같이 고로에 셜치된 센서로부터 일정한 주기로 제공되는 데이타와 프로세스컴퓨터에서 제공되는 단기 데이타를 이용하여 노열을 판단하고 이 판단에 의해 습분, 풍온, 미분탄, 코크스비와 같은 액션을 취하여 왔다.

그러나, 이러한 노열레벨을 진단하기 위하여 장시간의 데이타 분석이 아닌 단기 데이타의 이용 및 체계화 되지 않은 수식 사용, 고로프로세스의 복잡성 때문에 동일한 상황의 조업자간에 서로 상이한 판단을 내리는 경우가 많아 적정 노열유지에 실패하는 사례가 종종 발생하여 생산력을 저하시키는 요인이 되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고 개선점을 달성하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 노열제어 전문가시스템중 가장 중요한 요소인 현재의 노열 레벨을 정확히 진단하여 조업자들의 단순 판단으로 인한 오조작을 범하지 않도록 함으로써, 적정 노열을 유지하도록 하는 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치는 고로로부터 용선온도, 습분추가량, 송풍온도, 미분탄취입량 및 코크스장입량올 포함하는 센서데이타를 입력받아서 프로세스컴퓨터로 전송하는 계장시스템; 상기 계장시스템으로부터의 센서데이타를 수집하는 데이타 수집부와, 수집된 데이타를 전처리하는 데이타전처리부와, 이 전처리된 데이타를 보관하는 데이타저장부와, 전문가시스렘 전용컴퓨터와 데이타를 전송 및 수신하기 위한 인터페이스부를 포함하는 프로세스컴퓨터; 상기 프로세서컴퓨터로부터 데이타를 수신하고 송신하는 인터페이스부와, 상기 프로세서컴퓨터로부터 수신한 데이타를 지식베이스에 따라 평가용선 온도와 열밸런스를 추론하는 추론엔진과, 고로 조업자의 경험과 실조업 분석올 토대로 하는 각종 지식데이타와 퍼지제어를 위한 소속도함수 및 퍼지규칙올 저장하고 있는 지식베이스와, 상기 평가용선 온도와 열밸런스에 대한 소속도함수에 근거해서 퍼지이론을 실시하여 노열레벨을 결정해고 이 결정된 노열레멜결과에 대한 화면출력을 제어하는 퍼지제어기를 포함하는 전문가시스템 전용 컴퓨터(4); 상기 전문가시스템 전용컴퓨터로부터의 결과를 화면으로 출력하는 가이드화면;를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 기술적인 수단으로써, 본 발명의 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단방법은 계장시스템을 통해서 고로의 용선온도, 습분추가량, 송풍온도, 미분탄취입량 및 코크스장입량을 포함하는 센서데이타를 프로세스컴퓨터가 수집하고, 전처리과정을 거친후 전문가시스템 전용컴퓨터(4)로 전송하는 제1단계; 상기 프로세스컴퓨터로부터의 데이타를 수신하는 전문가시스템 전용컴퓨터는 토페도카단위로 측정된 용선용도를 수십 가지형태로 구분된 용선용도상태중 하나에 대응시킨 다음, 해당 평가용선 온도 결정방법에 따라 평가용선 온도를 결정하는 제2단계; 상기 전문가시스댐 전용컴퓨터는 단위 액션량당 환산 코크스비, 코스스장입량, 조업자가 취한 금회 액션치와 전회 액션치의 차이를 포함하는 다수의 정보를 합산하여 노내 열밸런스를 계산하는 제3단계; 상기 제2단계와 제3단계에서의 평가용선 온도와 열밸런스에 대한 소속도함수를 입력변수로 하여 상기 지식베이스내 퍼지추론 규칙을 적용하여 노열 레벨을 계산하여 이를 화면 표시하는 제4단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 노열레벨 진단장치의 구성도이다.

제2도는 본 발명에 따른 노열레벨 진단장치의 구성도이다.

제3도는 본 발명에 따른 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단방법을 보이는 플로우차트이다.

제4도는 본 발명에 따라 평가용선 온도패턴에 대한 분류도이다.

제5도는 본 발명에 따라 평가용선 온도와 열밸런스 및 노열레벨에 대한 소속도 함수를 보이는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 고로 2 : 계장시스템 雪톰ll

3 : 프로세스컴퓨터 4 : 전문가시스템 전용 컴퓨터

5 : 데이타수집부 6 : 데이타 전처리부

7 : 데이타저장부 8 : 인터페이스부

9 : 추론엔진 10 : 지식베이스

11 : 퍼지제어기 12 : 가이드화면

이하, 본 발명에 따른 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 노열레벨 진단장치의 구성도로서, 제2도를 참조하면 본 발명의 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치는 고로(1)로부터 용선온도, 습분추가량, 송풍온도, 미분탄취입량 및 코크스장입량을 포함하는 센서데이타를 입력받아서 프로세스컴퓨터로 전송하는 계장시스템(2)과, 상기 계장시스템(2)으로부터의 센서데이타를 수집하는 데이타 수집부(5)와 수집된 데이타를 전처리하는 데이타전처리부(6)와 이 전처리된 데이타를 보관하는 데이타저장부(7)와 전문가시스템 전용컴퓨터와 데이타를 전송 및 수신하기 위한 인터페이스부(8)를 포함하는 프로세스컴퓨터(3)와, 상기 프로세서컴퓨터(3)로부터 데이타를 수신하고 송신하는 인터페이스부(8)와 상기 프로세서컴퓨터(3)로부터 수신한 데이타를 지식베이스(10)에 따라 평가용선 온도와 열밸런스를 추론하는 추론엔진(9)과 고로 조업자의 경험과 실조업 분석을 토대로 하는 각종 지식데이타와 퍼지제어를 위한 소속도함수 및 퍼지규칙을 저장하고 있는 지식베이스(10)와 상기 평가용선 온도와 열밸런스에 대한 소 속도함수에 근거해서 퍼지이론을 실시하여 노열레벨을 결정해고 이 결정된 노열레벨결과에 대한 화면출력을 제어하는 퍼지제어기(11)를 포함하는 전문가시스템 전용컴퓨터(4) 및 상기 전문가시스템 전용컴퓨터(4)로부터의 결과를 화면으로 출력하는 가이드화면(12)을 구성한다.

제3도는 본 발명에 따른 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단방법을 보이는 플로우차트이고, 제4도는 본 발명에 따라 평가용선 온도패턴에 대한 분류도이며, 제5도는 본 발명에 따라 평가용선 온도와 열밸런스 및 노열레벨에 대한 소속도 함수를 보이는 도면이다.

이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

본 발명은 현재의 노열레벨과 전문가시스템의 지식베이스에 의해 추론된 노열추이를 이용하여 적정 노열을 유지하기 위한 조업자의 액션올 가이드하는 노열제어 전문가시스템에서 가장 중요한 현재 노열레벨 진단을 보다 정확하게 실시할 수 있으며, 정량적인 수치로 표현된 노열레벨을 조업자가 노열판단에 이용함으로써 조업자의 오판을 방지할 수 있고, 또한 노열관리를 시스템에 의존하여 실시함으로써 고로의 현재 노열상태를 누구나 이해할 수 있는 항상 전문가 수준의 정확한 노열관리가 가능하고 동시에 조업관리의 표준화 조업기술력 축적에 기여할 수 있다.

통상적으로, 전문가 시스템(expert system)이란 특정 분야의 전문가가 갖는 지식을 데이터 베이스에 기억해 두고, 이것을 컴퓨터로 조작함으로써 초보자라도 전문가에 가까운 판단을 할 수 있도록 한 시스템으로서, 본 발명에서는 노열에 관련된 지식데이타를 데이터베이스화 하여 누구나 전문가 수준으로 노열제어를 할 수 있게 되는 것이다.

제2도에서 제5도까지를 참조하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 제1단계에서는 계장시스템(2)을 통해서 고로(1)의 용선온도, 습분추가량, 송풍온도, 미분탄취입량 및 코크스장입량을 포함하는 센서데이타를 프로세스컴퓨터(3)가 데이타수집부(5)에 수집한다.

상기 계정시스템(2)에 의해 센싱된 데이타는 프로세스컴퓨터(3)의 데이타수집부(5)에 의해 온도, 압력, 가스성분 등 약 700여개의 데이타를 포함하는데, 이 데이타를 이용하여 가스 이용률, 통기지수 등의 조업지수 연산과 수집된 데이타중 노열 변동에 민감하게 반응하는 데이타를 과거 조업실적 데이타의 상관분석올 통해 약 240개의 데이타를 선정하고, 지속성, 원주 밸런스, 수작 밸런스, 표준편차, 상관성 등의 전처리를 데이타전처리부(6)에서 수행하여 데이타저장부(7)에 저장함과 동시에 인터페이스부(8)를 통해서 전문가시스템 전용 컴퓨터(4)로 송신한다.

제2단계(32)에서는 상기 프로세스컴퓨터(3)로부터의 데이타를 수신하는 전문가시스템 전용컴퓨터(4)는 토페도카단위로 측정된 용선용도를 수십 가지형태로 구분된 용선용도상태에 대응시킨 다음, 해당 평가용선 온도결정방법에 따라 평가용선 온도를 결정한다.

이를 구체적으로 설명하면, 상기 전문가시스템 전용 컴퓨터(4)는 이 데이타를 이용하여 매 10분마다 현재의 노열레벨, 노열주이, 적정액션을 판단하고 그 결과를 조업자에게 가이드하고 조업자는 이를 근거로 적정 액션을 고로에 취하게 되는데, 고로의 현재 노열레벨을 정확히 진단하기 위하여 퍼지이론 실시를 위한 평가용선온도와 조업자 액션 열밸런스를 계산한다.

먼저, 펑가 용선온도는 토페도카(용선을 수선, 이동하는 용기)단위로 측정된 용선온도를 이용하여 계산한다. 고로의 노내 상황과 출선구별 상황에 따라 출선되는 용선의 온도차이가 발생한다. 출선구별 상황변화 등 외부조건변화에 의한 용선온도의 변화를 최소화하고 실제 노내 상황 변화에 따른 용선온도의 변화를 평가 용선온도로 이용하기 위하여 제3도에 도시된 바와같이 현재 출선의 초출선(출선구 보수후 최초출선)여부, 출선구별 용선온도의 편차 발생여부, 최근 측정된 용선온도의 낮음 여부, 측정된 용선 온도의 추이를 고려하여 24가지 형태로 분류한다.

만약, 상기 용선온도가 상기 제3도에 도시된 24가지의 형태중에 하나로 판단된 경우에는 이를 하기 표1에 보이는 방법중에 하나에 대응시켜서 평가 용선온도를 계산한다.

상기 표1에서 방법4,5의 경우에 있어서, Ttap(1)은 최근 9회의 출선별 평균온도를 내림차순으로 정렬한 첫번째 즉, 가장 높은 용선온도 이고, Ttap(9)는 마지막 온도 즉, 가장낮은 온도이다. Ttlc는 토페도카 단위로 측정된 최근의 용선온도이다.

다음으로, 제3단계(33)에서는 상기 전문가시스템 전용컴퓨터(4)는 단위 액션량당 환산 코크스비, 코스스장입량, 조업자가 취한 금회 액션치와 전회 액션치의 차이를 포함하는 다수의 정보를 합산하여 노내 열밸런스를 계산한다.

한편, 조업자 액션에 의한 노내 열밸런스는 하기 수학식1에 의해 계산한다.

여기에서, a 는 노열제어 액션 인자의 단위 액션량당 환산 코크스비이고, i는 노열에 영향을 미치는 조업자의 액션으로 코크스 장입량, 풍온, 미분탄 취입량, 습분 추가량이다. 그리고, △X는 노열제어 액션인자의 편차량으로 조업자가 취한 금회 액션치와 전회 액션치의 차이이다.

상기 수학식1에 포함된 T는 노열제어 액션인자의 반응효율로서 하기 수학식2에 의해 구해진다.

여기에서, Td는 조업자가 취한 최근 액션의 경과시간으로(현재시간-금회 액션 시간)으로 구해지고, Tb는 조업자가 취한 액션이 노열에 10%이상의 영향을 미치기 시작하는 시간, Tf는 조업자의 액션이 노열에 100% 영향을 미치는 시간이다.

마지막으로, 제4단계(34,35)에서는 상기 제2단계와 제3단계에서의 평가용선온도와 열밸런스에 대한 소속도함수를 입력변수로 하여 상기 지식베이스(10)내 퍼지추론 규칙을 적용하여 노열 레벨을 계산하여 이를 가이드화면(12)으로 화면표시 한다.

상기 고로(1) 노내의 반응이 복잡하기 때문에 평가 용선온도와 노내 열밸런스의 관계를 단순 산술식을 이용하여 노열 레벨의 정량적 계산은 불가능하기 때문에 애매모호하게 표현되는 조업자의 경험적 지식을 수렴할 수 있는 퍼지기법을 이용하여 현재의 노열레벨을 진단하는 것인데, 이 방법은 (계산된 평가 용선온도-표준 용선온도)와 2조업자 액션에 의한 열밸런스를 입력변수로 하고, 현재 노열레벨을 출력변수로 하는 2입력 1출력의 퍼지 추론을 실시하는 것이다.

제5도(A),(B) 그리고 (C)에 도시한 바와같이, 용선온도를 매우 낮음에서부터 매우 높음까지 6가지 소속도 함수를 정의 하고, 열밸런스는 낮음에서부터 높음까지 5가지 소속도 함수를 정의 한다. 또한 출력변수인 노열레벨은 매우 낮음에서부터 매우 높음까지 5가지 소속도 함수로 정의하여 지식베이스에 저장되어 있는데, 이 노열레벨은 용선온도와 열밸런스의 상태에 기초한 퍼지규칙에 따른 퍼지 추론으로 예측되는데, 예를들어 다음에 보인 퍼지규칙예와 같은 퍼지 규칙을 이용하여 퍼지 추론을 실시하게 되는 것이다.

퍼지 규칙예 :

만약 용성온도가 매우 낮고 열밸런수가 낮으면 노열레벨은 매우 낮다.

이와같은 퍼지규칙은 상기 용선온도의 소속도 함수와 열밸런스의 소속도 함수의 조합에 해당하도록 정해지며, 이러한 퍼지규칙에 의하면, 상기한 용선온도 및 열밸런스에 기초해서 노열레벨을 보다 정확할게 예측가능하게 되는 것이다.

상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 방법으로 결정된 현재의 노열레벨과 전문가시스템의 지식베이스에 의해 추론된 노열추이를 이용하여 적정 노열을 유지하기 위한 조업자의 액션을 가이드하는 노열제어 전문가시스템에서 가장 중요한 현재 노열래벨 진단을 본 발명의 방법으로 실시함으로써, 노열제어 전문가시스템의 정도를 향상시킬 뿐만아니라, 종래 숙련 조업자의 경험에 의해 막연히 노열상태를 판단하던 것을 본 발명의 방법으로 정량적인 수치로 표현된 노열레벨을 조업자가 노열판단에 이용함으로써 조업자의 오판을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 노열관리를 시스템에 의존하여 실시함으로써 고로의 현재 노열상태를 누구나 이해할 수 있는 항상 전문가 수준의 정확한 노열관리가 가능하고 동시에 조업관리의 표준화, 조업기술력 축적에 기여하는등 특별한 효과가 있다.

이상의 셜명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 상기 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단장치 및 그 방법은 상기 기술한 실시예에 한정되지 않음을 용이하게 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 고로(1)로부터 용선온도, 습분추가량, 송풍온도, 미분탄취입량 및 코크스장입량을 포함하는 센서데이타를 입력받아서 프로세스컴퓨터로 전송하는 계장시스템(2); 상기 계장시스템(2)으로부터의 센서데이타를 수집하는 데이타 수집부(5)와, 수집된 데이타를 전처리하는 데이타전처리부(6)와, 이 전처리된 데이타를 보관하는 데이타저장부(7)와, 전문가시스템 전용컴퓨터와 데이타를 전송 및 수신하기 위한 인터페이스부(8)를 포함하는 프로세스컴퓨터(3); 상기 프로세서컴퓨터(3)로부터 데이타를 수신하고 송신하는 인터페이스부(8)와, 상기 프로세서컴퓨터(3)로부터 수신한 데이타를 지식베이스(10)에 따라 평가용선 온도와 열밸런스를 추론하는 추론엔진(9)과, 고로 조업자의 경험과 실조업 분석을 토대로 하는 각종 지식데이타와 퍼지제어를 위한 소속도함수 및 퍼지규칙을 저장하고 있는 지식베이스(10)와, 상기 평가용선 온도와 열밸런스에 대한 소속도함수에 근거해서 퍼지이론을 실시하여 노열레벨을 결정해고 이 결정된 노열레벨결과에 대한 화면출력을 제어하는 퍼지제어기(11)를 포함하는 전문가시스템 전용 컴퓨터(4); 상기 전문가시스템 전용컴퓨터(4)로부터의 결과를 화면으로 출력하는 가이드 화면(12);를 구비함을 특징으로 하는 전문가시스템올 이용한 노열레벨 진단장치.
2. 계장시스템(2)올 통해서 고로(1)의 용선온도, 습분추가량, 송풍온도, 미분탄취입량 및 코크스장입량을 포함하는 센서데이타를 프로세스컴퓨터(3)가 수집하고, 전처리과정을 거친후 전문가시스템 전용컴퓨터(4)로 전송하는 제1단계(31); 상기 프로세스컴퓨터(3)로부터의 데이타를 수신하는 전문가시스템 전용컴퓨터(4)는 토페도카단위로 측정된 용선용도를 수십가지형태로 구분된 용선용도상태중 하나에 대응시킨 다음, 해당 평가용선 온도 결정방법에 따라 평가용선 온도를 결정하는 제2단계(32); 상기 전문가시스템 전용컴퓨터(4)는 단위 액션량당 환산 코크스비, 코스스장입량, 조업자가 취한 금회 액션치와 전회 액션치의 차이를 포함하는 다수의 정보를 합산하여 노내 열밸런스를 계산하는 제3단계(33); 상기 제2단계와 제3단계에서의 평가용선 온도와 열밸런스에 대한 소속도함수를 입력변수로 하여 상기 지식베이스(10)내 퍼지추론 규칙을 적용하여 노열 레벨을 계산하여 이를 화면표시하는 제4단계(34,35);로 이루어짐을 특징으로 하는 전문가시스템을 이용한 노열레벨 진단방법.